一种芯片结温简化计算方法与流程

本发明属于半导体散热领域，具体涉及一种芯片结温简化计算方法。

背景技术：

1、目前的电子产品电源输入电能大部分都转化成热能，如cpu处理器等芯片，因此电子产品散热需要合理的计算热功率来提供散热方案。一般服务器系统采用强迫风冷方式，即风扇加速空气对流速度进行散热，同时在发热量大的芯片元件上增加散热器以提高散热效率。在芯片与散热器之间增加导热垫等热界面材料填补芯片与散热器之间存在的极细微的凹凸不平的空隙，来保证热量的高效传递。

2、芯片结(或晶圆，die)是芯片内部主要发热源，封装在芯片内部。芯片结温是衡量芯片可靠性的一个重要因素，但是芯片结埋藏在芯片中心，很难用传统的热电偶测量温度，又受外部风速以及散热器影响较大。在电子产品热设计前期主要是制定散热解决方案，其中芯片结温是衡量所制定的散热解决方案合理性的一个重要因素，根据热传递和现有的电子散热技术原理，应用散热器热阻理论计算出散热合适的散热器(主要适应于如图1所示的平行散热器)。

3、然而目前从散热器规格参数计算出热阻再计算出芯片结温的过程中，理论计算步骤多、参数变量多，费时耗力，易出错，尤其对于异形散热器下的芯片结温需要大量的估算，准确性难以保证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种芯片结温简化计算方法，可快速简便的计算出芯片结温，尤其对于异形散热器下的芯片结温，解决电子热设计前期如何准确快速的对芯片结温进行评估的难题。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种芯片结温简化计算方法，待计算芯片结温的芯片通过导热垫连接散热器，所述芯片结温简化计算方法，包括：

4、根据所述散热器在预设风速下的温度与所述散热器所在环境的温度的差值得到散热器热阻；

5、通过所述导热垫的参数计算得到导热垫热阻；

6、根据所述散热器热阻和所述导热垫电阻输出所述芯片结温。

7、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

8、作为优选，所述散热器在预设风速下的温度通过建立基于所述芯片和所述散热器的散热风洞仿真模型得到。

9、作为优选，所述散热风洞仿真模型的构建过程如下：

10、导入芯片模型、导热垫模型和散热器模型；

11、将芯片模型、导热垫模型和散热器模型依次堆叠连接；

12、在堆叠连接后的结构外部包裹空气以形成风洞，完成散热风洞仿真模型的构建，在散热风洞仿真模型内部通过改变风洞的风速参数得到预设风速与散热器温度的关系。

13、作为优选，所述散热风洞仿真模型通过cfd仿真软件构建。

14、作为优选，所述散热器在预设风速下的温度通过基于所述芯片和所述散热器的实际操作平台得到。

15、作为优选，所述实际操作平台的搭建过程如下：

16、取芯片、导热垫、散热器和热敏电阻；

17、将芯片、导热垫和散热器依次堆叠连接，并在散热器上安装热敏电阻；

18、结合出风部件完成实际操作平台的搭建，在实际操作平台中通过所述出风部件改变散热器表面风速，得到预设风速与散热器温度的关系。

19、作为优选，所述根据所述散热器在预设风速下的温度与所述散热器所在环境的温度的差值得到散热器热阻，包括：

20、

21、式中，r为散热器热阻，tr为散热器在预设风速下的温度，ta为散热器所在环境的温度，q为芯片功耗。

22、作为优选，所述导热垫的参数包括导热垫厚度、导热垫导热系数和导热垫面积；

23、所述通过所述导热垫的参数计算得到导热垫热阻，包括：

24、

25、式中，rw为导热垫热阻，t3为导热垫厚度，λ2为导热垫导热系数，a3为导热垫面积。

26、作为优选，所述根据所述散热器热阻和所述导热垫电阻输出所述芯片结温，包括：

27、tj＝ta+q×(r+rw+rjc)

28、式中，tj为芯片结温，ta为散热器所在环境的温度，q为芯片功耗，r为散热器热阻，rw为导热垫热阻，rjc为芯片结到壳的热阻。

29、作为优选，所述散热器为规则形状或不规则形状。

30、本发明提供的一种芯片结温简化计算方法基于热阻理论，通过散热器在预设风速下的温度与散热器所在环境的温度的差值得到散热器热阻，通过输入不同芯片的功耗，即可使用热阻公式得到该芯片使用此散热器在对应风速下的芯片结温。整个计算方便快捷，且对于异形散热器仍能准确得出散热器热阻。

技术特征：

1.一种芯片结温简化计算方法，待计算芯片结温的芯片通过导热垫连接散热器，其特征在于，所述芯片结温简化计算方法，包括：

2.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述散热器在预设风速下的温度通过建立基于所述芯片和所述散热器的散热风洞仿真模型得到。

3.如权利要求2所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述散热风洞仿真模型的构建过程如下：

4.如权利要求2所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述散热风洞仿真模型通过cfd仿真软件构建。

5.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述散热器在预设风速下的温度通过基于所述芯片和所述散热器的实际操作平台得到。

6.如权利要求5所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述实际操作平台的搭建过程如下：

7.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述根据所述散热器在预设风速下的温度与所述散热器所在环境的温度的差值得到散热器热阻，包括：

8.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述导热垫的参数包括导热垫厚度、导热垫导热系数和导热垫面积；

9.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述根据所述散热器热阻和所述导热垫电阻输出所述芯片结温，包括：

10.如权利要求1所述的芯片结温简化计算方法，其特征在于，所述散热器为规则形状或不规则形状。

技术总结
本发明公开了一种芯片结温简化计算方法，待计算芯片结温的芯片通过导热垫连接散热器，芯片结温简化计算方法包括：根据散热器在预设风速下的温度与散热器所在环境的温度的差值得到散热器热阻；通过导热垫的参数计算得到导热垫热阻；根据散热器热阻和导热垫电阻输出芯片结温。本发明可快速简便的计算出芯片结温，尤其对于异形散热器下的芯片结温，解决电子热设计前期如何准确快速的对芯片结温进行评估的难题。

技术研发人员：王甫超,袁瑞明,侍书成,张裕,阮翔,丁龙威
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十二研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15